DC-Antriebstechnik Wie man einen Schwimmbagger modernisiert

Ein Gastbeitrag von Tobias Schmidt*

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Auf einem Schwimmbagger der Gelsenwasser AG hat ABB die ältere Antriebstechnik des Schneidkopfs und einer Baggerpumpe durch All-Compatible-Stromrichter ersetzt und außerdem eine Regelwartung durchgeführt. Hierbei waren nicht nur eine gute Planung, sondern auch Improvisationsfähigkeit gefragt.

Veraltete DCS500-Stromrichter wurden auf dem Schwimmbagger durch neue DCS880-Stromrichtertechnik ersetzt.
Veraltete DCS500-Stromrichter wurden auf dem Schwimmbagger durch neue DCS880-Stromrichtertechnik ersetzt.
(Bild: Gelsenwasser)

Die rund 20 Kilometer nördlich von Recklinghausen gelegene Talsperre Haltern von Gelsenwasser wird als Rohwasserreservoir im Rahmen der Trinkwasserversorgung genutzt. Darüber hinaus gewinnt ein Schwimmbaggers Sand überwiegend für die Bauindustrie.

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Wie lassen sich Produktionsausfälle nachhaltig vermeiden?

Der rund 64 Jahre alte Bagger ist 52 m lang, 8 m breit , wiegt 320 t und fördert täglich zwischen 1.500 und 2.300 m³ Wasser-Sand-Gemisch an die Oberfläche. Der Schneidkopf (Durchmesser rund 1,80 m) bricht aus dem Untergrund den Sand, der parallel hierzu mit zwei hintereinander geschalteten drehzahlgeregelten Förderpumpen durch eine Rohrleitung ans Ufer gefördert wird. „Die Schwimmbagger-Technik ist größten Belastungen ausgesetzt. Eine Störung oder ein Defekt an relevanten Komponenten, z. B. den Umrichtern, führt in der Regel zu einem massiven und kostenintensiven Produktionsausfall. Der vorbeugende Austausch veralteter Technik ist daher alternativlos“, sagt Michael Schorr, zuständiger Projektleiter bei Gelsenwasser.

Über Gelsenwasser

Gelsenwasser wurde 1887 im Ruhrgebiet gegründet, um die Montanindustrie und die Menschen der Region mit Wasser zu versorgen. Gelsenwasser heute eines der größten deutschen Wasserversorgungsunternehmen. Zu den Schwerpunkten des Unternehmens zählen die Infrastruktur und Versorgung: vom Wasser- und Abwasserbereich über Energie (Gas, Strom, Wind, PV, Wärme) bis zu Digitalem.

Veraltete Stromrichter ausgetauscht

Seit 2005 wird auf dem Schwimmbagger Stromrichtertechnik von ABB eingesetzt, die seinerzeit durch einen DCS500 ersetzt wurde. Gelsenwasser beauftragte 2021 im Rahmen der Lifecyle-Betreuung ABB mit dem Austausch der veralteten Stromrichter der Baggerpumpe 2 und des Schneidkopfs durch All-Compatible-Stromrichter DCS880, um langfristig die Verfügbarkeit des Baggers und somit die Sandgewinnung sicherzustellen. Für Siegmar Schieweck, Servicetechniker bei ABB, gewissermaßen ein Déjà-Vu, denn er war schon 2005 für den Umbau der Antriebstechnik des Baggers verantwortlich.

Die DC-Antriebstechnik wird vor allem für die Instandhaltung älterer, aber unverzichtbarer Anlagen benötigt, wie diese Anwendung zeigt.

Aufgrund vorhandener, bewährter Gleichstrommotoren war kein Umbau auf Drehstromtechnik vorgesehen. An der anderen mit einem Asynchronmotor angetriebenen Baggerpumpe sollte zusätzlich ein ACS800-Umrichter als Schrankgerät gewartet werden.

Welche Herausforderungen waren zu bewältigen?

Für die Planung und Wiederinbetriebnahme der Antriebstechnik zeichnete der ABB Field Service verantwortlich, der außerdem die Wartung des Single Drive-Schrankgeräts ACS800-07-1060-7 der Pumpeneinheit der Baggergruppe 1 durchführte.

Aufgrund der beengten Platzverhältnisse im Maschinenraum des Schwimmbaggers mussten die Arbeiten gut organisiert sein, zumal kurz vor dem Umbau eine unvorhergesehene terminliche Herausforderung hinzukam: Die geplanten zwei Tage Umbauzeit für die beiden Stromrichter musste auf einen Tag verkürzt werden, da der Bagger nicht abgeschaltet werden konnte. Somit war die Improvisationsfähigkeit von ABB gefragt.

Die Elektro Löb GmbH & Co. KG aus Mönchengladbach, ein Schaltschrankbauer und Spezialist für Automatisierungstechnik, sollte die Demontage und Montage der Stromrichter vornehmen. Hierzu Christian Damrow, Projektleiter bei Elektro Löb: „Unsere Mitarbeiter haben alles demontiert und die neue Technik eingebaut, wozu auch einige Anpassungen erforderlich wurden. Auch konstruktive Improvisation und Einfallsreichtum waren zum Teil notwendig.“

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Die All-Compatible-Plattform von ABB

Der DCS880 ist ein Stromrichter der jüngsten Generation von ABB. Die dreiphasigen Geräte weisen nach Aussagen des Unternehmens das höchste Leistungs-Größen-Verhältnis auf dem Markt auf. Die Stromrichterserie baut auf der einheitlichen Antriebsarchitektur von ABB auf. Alle modernen ABB-Antriebe verfügen über gemeinsame Benutzerschnittstellen, Tools und Optionen und können auf die gleiche Weise betrieben werden. Kennt sich ein Kunde mit der Bedienung eines DCS880 aus, kann er z.B. einfach zwischen Stromrichter und Frequenzumrichter der Familie ACS880 von ABB wechseln. Sämtliche DCS880 verwenden zudem dieselbe Standard-Firmware. Diese unterstützt alle Standardkonfigurationen, die in DC-Antriebsanwendungen vorhanden sind. Die Stromrichtermodule sind außerdem mit einem eingebauten Dreiphasen-Felderreger ausgestattet. Eine externe Hardware zur Felderregung ist dadurch nicht erforderlich.

Reibungslose Wieder-Inbetriebnahme und Wartung

Die annähernd gleich dimensionierten Stromrichtermodule erleichterten die Demontage und Montage der neuen Stromrichter DCS880. Auch die Ansteuerung der Baggerpumpe war bekannt, wodurch die Inbetriebnahme und der Probelauf für beide Antriebe problemlos verliefen. Ebenfalls keine Schwierigkeiten gab es bei der 9-Jahres-Wartung des ACS800-Umrichters sowie beim vorbeugenden Austausch von kritischen Bestandteilen wie Lüftern, Kondensatoren oder Dioden. „Trotz der Enge im Bauch des Baggers war das schon ein wenig Routine“, so Siegmar Schieweck von ABB.

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Welche Ergebnisse und Erkenntnisse brachte das Projekt?

Michael Schorr von Gelsenwasser lobt die reibungslose Umsetzung des Umbaus im Mai 2021: „Der Austausch der Stromrichter durch die DCS880 und die Wartung des ACS800-Umrichters verliefen planmäßig und völlig reibungslos. So stellen wir uns eine perfekte Projektabwicklung vor.“

Seit Inbetriebnahme laufen die neuen DC-Antriebe störungsfrei. Mit dem DCS880 steht dem Kunden ein robuster, für raue Umgebungen konzipierter Stromrichter zur Verfügung, der sich durch eine hohe Verfügbarkeit auszeichnet. Wie die Anwendung zugleich zeigt, ist die DC-Antriebstechnik weiterhin aktuell. Mit dem DCS880 bietet ABB eine konsequente Migrationsstrategie, um bestehende DC-Antriebslösungen auf den neuesten Stand der Technik zu bringen. Der Austausch eines alten Stromrichters durch einen DCS880 kann die Lebensdauer der Antriebsausrüstung um weitere Jahrzehnte verlängern.

* Tobias Schmidt ist Head of Service Portfolio & Smart Solutions bei der ABB Motion Deutschland.

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